JP2004190948A - 床暖房システム - Google Patents

Abstract

【課題】高温の温水及びその配管を有効に利用することが可能となる床暖房システムを提供する。
【解決手段】高温の温水を供給する熱源機から各部屋への配管により循環される高温の温水を熱源とする床暖房システムであって、各部屋における配管の端末に設けられた温水コンセントと、温水コンセントに接続されるとともに床の下側に配置されて高温の温水が流通される温水マットと、温水コンセントと温水マットの間に配置されるとともに高温の温水の流通を開閉する開閉弁と、各部屋の所定個所の温度を感知する温度センサと、温度センサからの情報に基づいて開閉弁の動作を制御する制御部とを備え、開閉弁は所定時間内に開または閉動作を完了することにより、変動する床温度の最高温度を所定温度以下に保持するように構成された床暖房システム提供する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、床暖房システムに関し、特に一般的に床暖房に使用される低温温水ではない、７０〜９０℃の高温温水を供給する熱源機から各部屋への配管により循環される方式の床暖房システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
わが国の高齢化社会の進行にともない、寒さの厳しい冬季にあっても快適な住環境を提供する床暖房システムが注目されている。床暖房システムは、室内に温風を循環させて室内を暖める暖房システムと異なり、暖まった床面からの輻射と熱伝導により室内を暖房するため、室内の居住者に不快な風を感じさせないという利点がある。また床暖房システムは、燃焼装置や送風装置が室外に設けられることが多いため、安全かつ静粛な室内の住環境を提供するという利点も有するものである。特に都市ガスを熱源とする最新式のガス温水床暖房システムは、１つの熱源機で床暖房のほか浴室や台所への給湯、各部屋の空調、各種乾燥機を使用できる便利さがあり、首都圏においてはすでに新築分譲マンションの約７０％、新築戸建住宅の約３２％にこのガス温水床暖房システムが採用されているといわれている。
【０００３】
この熱源機としては、暖冷房、追い炊き、給湯などを１台でまかない、約６０℃の低温水と約８０℃の高温水を供給するタイプ（以下において「タイプＡ」という。）と、約８０℃の高温水のみを供給するタイプ（以下において「タイプＢ」という。）等がある。このうちタイプＡの熱源機においては、約６０℃の低温水は床暖房に、約８０℃の高温水は空調や浴室の暖房乾燥機などに利用されている。また、タイプＢの熱源機は給湯等のみに使用され、床暖房には利用されていないのが現状である。
【０００４】
タイプＡの熱源機を利用する床暖房は床に敷き詰めた温水マットに上記６０℃の温水を流通させることにより行われている。床表面の温度は、所定個所に温度センサを配置し、この温度センサからの情報を基にコントローラが上記温水の流通路の開閉を司る熱動弁の動作を制御することによって所定の範囲に保たれている。
【０００５】
このような熱動弁としては、通常ＰＴＣ（Positive Temperature Control）サーミスタとワックスエレメントとを組み合わせた構造のものが実用化されており、広く使用に供されている。また、特許文献１には、形状記憶合金とＰＴＣヒーターを組み合わせた熱動弁の構造が開示されている。
【特許文献１】
特開昭６２−２７８３９１
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来の熱動弁は、弁の開動作及び閉動作に時間がかかりすぎるため、上記タイプＡ及びＢの熱源機による８０℃の高温の温水を利用して床暖房を行おうとすると床の温度が所定温度以上に昇温されてしまうという問題があった。
【０００７】
一方、上記８０℃の高温の温水は、既設の住宅において、温水コンセントという形で既に各部屋まで配管されているが、その先で有効に利用されていない場合が多々あり、首都圏だけでも数十万戸の家庭において上記高温の温水配管が利用されずにいると言われている。
【０００８】
そこで、本発明は、上記高温の温水及びその配管を有効に利用することが可能となる床暖房システムを提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【００１０】
請求項１の発明は、７０℃以上９０℃以下に加温された温水を熱源とする床暖房システム（ＦＨ）であって、温水の流路を開閉する開閉弁（１９）と開閉弁の開閉動作を制御するコントローラ（２２）とを具備し、開閉動作により変動する床表面温度を所定値以下に保持するような開閉速度を具現するように開閉弁が構成されていることを特徴とする床暖房システムを提供して前記課題を解決する。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の床暖房システムにおいて床表面温度が４２℃以下に保持されることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の床暖房システムにおいて、開閉弁は開閉動作の合計時間が３分以下となるように構成されたことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載された発明において、前記床温度が設定温度に達した後は、前期開閉弁の開閉の１サイクルに要する時間は１分以上に設定されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明は、高温の温水を供給する熱源機（１０）から各部屋への配管（１１、１２）により循環される高温の温水を熱源とする床暖房システムであって、各部屋における配管の端末に設けられた温水コンセント（１６）と、温水コンセントに接続されるとともに床の下側に配置されて高温の温水が流通される温水マット（２０）と、温水コンセントと温水マットの間に配置されるとともに高温の温水の流路を開閉する開閉弁（１９）と、各部屋の所定個所の温度を感知する温度センサと、温度センサからの情報に基づいて開閉弁の動作を制御する制御部（２２）とを備え、開閉弁は所定時間内に開または閉動作を完了することにより、変動する床表面温度を所定温度以下に保持するように構成された床暖房システムである。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項５に記載の床暖房システムにおいて、高温の温水は７０℃以上９０℃以下の温度に保たれた温水であることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項５または６に記載の床暖房システムにおいて、床表面温度は４２℃以下に保持されることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項５〜７のいずれかに記載された床暖房システムにおいて、開閉弁は、開閉動作の合計時間が３分以下となるように構成されたことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項９の発明は、請求項５〜８のいずれかに記載された発明において、前記床温度が設定温度に達した後は、前期開閉弁の開閉の１サイクルに要する時間は１分以上に設定されていることを特徴とする。
【００１９】
上記各発明においては、開閉弁の開動作、閉動作に要する時間が短く構成されているので、床暖房に高温の温水を利用する場合であっても、床表面の温度変化の範囲を狭くすることが容易となる。したがって、平均温度を所定の高さに保ちつつ、最高温度を低くすることが可能となる。また定常状態に至った後は、開閉動作の１サイクルが所定の長さに保たれるので、いたずらに開閉を繰り返すことによる、開閉弁の寿命低下を抑制することができる。
【００２０】
本発明のこのような作用及び利得は、次に説明する実施の形態から明らかにされる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。
【００２２】
図１は、本発明の１実施形態にかかる床暖房システムを示す図である。この床暖房システムＦＨは、熱源機１０でガスを燃焼させて作った約８０℃の高温水を床下に敷設した温水マット２０に循環させ、床からの輻射熱で部屋Ａ全体を均一に暖房する。なお、ここでの熱源のエネルギーは、ガス以外に、灯油、電気、ヒートポンプ等であってもよい。この床暖房システムＦＨでは、熱源機１０が屋外に設けられており、熱源機１０にはポンプ１０ｐが内蔵されている。この熱源機１０によりガスを燃焼させて、水を所定温度（８０℃及び６０℃）に加熱して、ポンプ１０ｐにより高温温水配管１１及び低温温水配管３１に送り出している。
【００２３】
床暖房システムＦＨの制御信号が流れる信号線１３を含む高温温水配管１１、１２は、熱源機１０から温水マット２０に向かう温水が流れる往き管１１と、温水マット２０内を循環した水が熱源機１０に戻るための戻り管１２とを有しており、それらはペアチューブ１５として一本にまとめられている。ペアチューブ１５の周囲は不図示の断熱材で囲まれている。ペアチューブ１５の先端は温水コンセント１６として構成されている。温水コンセント１６から温水マット２０への配管１７には開閉弁１９が設けられている。この開閉弁１９については後に詳しく説明する。
【００２４】
温水マット２０から温水コンセント１６への戻りは、特に弁などは設けられておらず配管１８で結ばれている。これらと同様な高温温水を供給する配管は他のＢ及びＣの部屋にも導かれている。温水マット２０が設けられた部屋Ａの壁２１には、部屋Ａの室温を計測して室内の温度調節を行う床暖房コントローラ２２が取り付けられている。床暖房コントローラ２２には部屋Ａの居住者が希望する所定の室温Ｔ_０を設定することができる。また床暖房コントローラ２２には、部屋Ａ室内の所定個所に設けられた温度センサ（不図示）からの情報が常時入力されている。
【００２５】
部屋Ａの室温をＴ_０近傍に保つように、上記のように構成された床暖房コントローラ２２から信号線２３を介して開閉弁１９に指令が送出されるとともに、さらにペアチューブ１５の信号線１３を介して熱源機１０（ポンプ１０ｐ）に対しても指令が送出されるように構成されている。熱源機１０（ポンプ１０ｐ）、及び開閉弁１９は、床暖房コントローラ２２からの指令に基づいて温水マット２０に供給する８０℃の温水の供給を制御して、温水マット２０からの床を介した輻射熱により部屋Ａを所定の室温に維持している。
【００２６】
図２は、開閉弁１９への動作指示信号、開閉弁の開閉度（温水の流量）、及び床表面温度の変化を示す図である。（ａ）は６０℃の低温温水を利用し、従来の開閉弁を使用した場合（以下において「従来構造」という。）の、信号の電力パターン（実線で示されている。）と温水流量（鎖線にて示されている。）とを示す図である。この図において縦軸は電力（実線）又は温水流量（鎖線）を示し、横軸は時間を表している。一方（ｂ）は、（ａ）に対応すべき床表面の温度変化をあらわしており、縦軸は温度、横軸は時間をそれぞれ示す。
【００２７】
この従来構造の床暖房システムの場合、開閉弁として通常ＰＴＣ（Positive Temperature Control）サーミスタとワックスエレメントとを組み合わせた熱動弁が使用されている。この熱動弁は、電力の供給によりＰＴＣが自己発熱し、その熱がワックスエレメントに熱伝導されて、ワックスが固相から液相への相変化をすることにより、体積変化を起こして温水流路を開放する弁である。したがって、弁自体の動きは非常に緩やかなものである。電力の供給に対して、弁の動作が遅れて実現されるため、図２（ａ）に表されているように、温水の流量は緩慢に開閉する弁の動作に合わせて立ち上がり部４０、及び戻り部４１とも緩やかな傾斜を持っている。
【００２８】
このような従来構造の熱動弁の開閉により流通されるのは、６０℃の低温温水なので、室温との温度差が大きくないために、床表面温度の変化も図２（ｂ）に示されているとおり緩やかなものとなり、設定温度Ｔ_０に対して上下の温度差ｔ_１は比較的小さな数値を取る。また、熱動弁開閉のサイクルも１サイクル約２０分と非常に長い。
【００２９】
これに対して図２（ｃ）は、従来構造の床暖房システムの熱源に８０℃の高温温水をそのまま使用した場合の、床表面温度変化を示す図である。この場合には、高温温水と室温との差が大となるので、従来の６０℃の温水を使用した場合と同一の熱動弁を使用して、同様の制御を行うと床表面の設定温度Ｔ_０に対して上下の温度差は、上記ｔ_１よりはるかに大きなｔ_２となって、特に床表面の温度が、床暖房使用時に低温やけどを起こさない限界温度である人体との接触温度として定義される閉塞温度を意味する４２℃を超えることになり、使用に耐えない。
【００３０】
したがって上記（ａ）〜（ｃ）により、８０℃の高温温水を床暖房システムの熱源に使用する場合には、従来の熱動弁の応答性を改善する必要があることが分かる。
【００３１】
このような応答性の改善をはかるためには、例えば熱動弁を使用せずに、耐久性を考慮しつつ、電磁弁を使用することが考えられる。あるいは、特許文献１に開示されているような形状記憶合金を利用した熱動弁において、形状記憶合金を間接的に加熱することなく、直接形状記憶合金に電流を流して自己発熱を起こさせるようにした熱動弁を使用することも考えられる。
【００３２】
このように応答性を改善した開閉弁を使用した場合、図２（ａ）に示されたグラフのパターンは図２（ｄ）に表されているようなパターンに変化する。すなわち弁開閉の指令信号Ｓ_２は短縮された開閉時間に対応して短時間の信号で済み、温水流量Ｖ_２の変化もシャープなものとなる。
【００３３】
このようにして開閉弁の開閉の１サイクルに要する時間を短縮することが容易となる。したがって短縮されたサイクルに対応する床温度変化は図２（ｅ）のようになり、設定温度Ｔ_０に対する上下の温度変化ｔ_３は、６０℃の低温温水を使用した場合の温度変化ｔ_１とほぼ同一、あるいはそれ以下にすることも可能である。
【００３４】
このように構成した場合、小刻みな弁の開閉が可能となるので、温度のフレを小さくすることができ、床暖房システムの快適さをさらに向上することが可能となる。また省エネルギーにも資することができる。さらに、従来のように緩慢な弁の開閉が行われる場合には弁の開閉時間律速による制御プログラムの制限が必要であったが、本発明によればこのような制限からも解放される。
【００３５】
一方、上記構成によれば、開閉弁の動作時間が短縮されたので、理論的には設定温度を中心に微細な温度コントロールを行うことも可能であるが、もともと温水マット２０と床表面の温度との差にタイムラグが存在するため、不必要なほどの微細な温度コントロールはむしろ開閉弁の寿命を短くする原因となるので好ましくない。かかる観点から、床表面温度がすでに定常状態（設定温度Ｔ_０）に達した後の開閉弁の開閉の１サイクルに要する時間は１分以上に設定することが好ましい。このように設定することにより、８０℃の高温温水を熱源として使用した床暖房システムにおいて、床表面の最高温度を４０℃以下に抑えつつ開閉弁の寿命を長くすることが可能となる。
【００３６】
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う床暖房システムもまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【００３７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の床暖房システムによれば、現在ほとんど使用されていない各部屋への高温温水を有効利用することが可能であり、省エネルギーに資することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態にかかる床暖房システムを示す図である。
【図２】開閉弁への動作指示信号、開閉弁の開閉度、及び床表面温度の変化を示す図である。
【符号の説明】
Ａ、Ｂ、Ｃ 部屋
ＦＨ 床暖房システム
１０ 熱源機
１１、１２ 配管
１６ 温水コンセント
１９ 開閉弁
２０ 温水マット
２２ コントローラ

Claims (9)

1. ７０℃以上９０℃以下に加温された温水を熱源とする床暖房システムであって、
   前記温水の流路を開閉する開閉弁と、前記開閉弁の開閉動作を制御するコントローラとを具備し、
   前記開閉動作により変動する床表面温度を所定値以下に保持するような開閉速度を具現するように前記開閉弁が構成されていることを特徴とする床暖房システム。
2. 前記床表面温度が４２℃以下に保持される請求項１に記載の床暖房システム。
3. 前記開閉弁は、開閉動作の合計時間が３分以下となるように構成された請求項１または２に記載の床暖房システム。
4. 前記床温度が定常状態となった後は前記開閉弁の開閉の１サイクルに要する時間は１分以上に設定されている請求項１〜３のいずれかに記載の床暖房システム。
5. 高温の温水を供給する熱源機から各部屋への配管により循環される前記高温の温水を熱源とする床暖房システムであって、
   前記各部屋における前記配管の端末に設けられた温水コンセントと、
   前記温水コンセントに接続されるとともに、前記床の下側に配置されて前記高温の温水が流通される温水マットと、
   前記温水コンセントと前記温水マットの間に配置されるとともに前記高温の温水の流路を開閉する開閉弁と、
   前記各部屋の所定個所の温度を感知する温度センサと、
   前記温度センサからの情報に基づいて前記開閉弁の動作を制御する制御部と、を備え、
   前記開閉弁が、所定時間内に開または閉動作を完了することにより、変動する床表面温度を所定温度以下に保持するように構成された床暖房システム。
6. 前記高温の温水は７０℃以上９０℃以下の温度に保たれた温水である請求項５に記載の床暖房システム。
7. 前記床表面温度温度は４２℃以下に保持される請求項５または６に記載の床暖房システム。
8. 前記開閉弁は、開閉動作の合計時間が３分以下となるように構成された請求項５〜７のいずれかに記載された床暖房システム。
9. 前記床温度が定常状態となった後は前記開閉弁の開閉の１サイクルに要する時間は１分以上に設定されている請求項５〜８のいずれかに記載の床暖房システム。

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